【正文】 S51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大的AT89S52單片機可以提供許多高性價比的應(yīng)用場合?？伸`活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。主要性能參數(shù)有：(1) 與MCS51系列單片機兼容(2) 8K Bytes, Flash存儲器，在線編程，可寫1000次(3) 4. 05. 5V的工作電壓(4) 自帶2568bit RAM(5) 32個可編程I/0管腳(6) 3個16Bit定時器/計數(shù)器(7) 8個中斷源(8) 自帶看門狗本設(shè)計選用ATMEL89系列的AT89S52單片機作為本系統(tǒng)的CPU。由AT89S52單片機為核心的單片機最小系統(tǒng)包括晶振電路和復(fù)位電路。AT89S52 I/O端口與系統(tǒng)其他外圍器件接口的分配情況表如表21所示。表21 AT89S52 I/O端口與系統(tǒng)其他外圍器件接口的分配情況表89S52引腳外圍器件引腳說明ULN2803NPN9012基極X5045SIX5045SCKX5045CSX5045SO數(shù)碼管段碼驅(qū)動接口數(shù)碼管位控驅(qū)動接口X5045串行輸入端X5045串行時鐘端X5045片選端X5045串行輸入端系統(tǒng)工作燈顯示端口DS1302CLKDS1302IODS1302RSTDS1302時鐘線DS1302數(shù)據(jù)線DS1302復(fù)位線數(shù)據(jù)采集輸入端光敏三極管輸入信號端人體存在傳感器輸出信號端超時報警信號輸入端燈光驅(qū)動輸入端 晶振回路設(shè)計晶振回路的主要任務(wù)是為AT89S52單片機正常工作需要的內(nèi)部時鐘電路提供一個穩(wěn)定的工作頻率。根據(jù)AT89S52單片機時鐘周期的要求，回路需要選用頻率為12MHz的晶振。晶振回路由電容和陶瓷諧振器晶振組成。AT89S52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，此放大器的輸入和輸出端分別是引腳XTAL0和XTAL1,在XTAL0和XTAL1端口接上時鐘電源即可構(gòu)成內(nèi)部時鐘電路。在XTAL0和XTAL1兩端跨接晶振，與內(nèi)部的反相器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。其發(fā)出的時鐘脈沖直接送入單片機內(nèi)定時控制部件。電容C5和C6對頻率有微調(diào)作用。電容C5和C6應(yīng)盡可能的安裝在單片機芯片附近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定可靠的工作。 復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位電路的功能就是對CPU進行實時檢測，當(dāng)CPU進入死循環(huán)之后，能及時發(fā)現(xiàn)并使整個系統(tǒng)復(fù)位。雖然在程序設(shè)計中，可以使用軟件陷阱的方法來減少這種情況的發(fā)生，但是不能完全解決這個問題，因此還應(yīng)該在硬件設(shè)計中使用看門狗復(fù)位電路，這樣在單片機發(fā)生死機的情況下，看門狗將產(chǎn)生一個復(fù)位信號給單片機，使單片機復(fù)位重新執(zhí)行程序。現(xiàn)在的MCU被集成了越來越多的功能，有的集成了看門狗，如IMP813L。還有的芯片更是把EEPROM也集成進去，如X5045芯片。由于系統(tǒng)需要看門狗和EEPROM，所以本硬件設(shè)計中使用了美國Xicor公司生產(chǎn)的芯片X5045。X5045具有三種常用的功能：看門狗定時器、復(fù)位控制和EEPROM集成在單個8個引腳封裝的CMOS器件內(nèi)，將電源監(jiān)控和看門狗功能與高速三線非易失性存儲器組合莊一起，從而在很大程度上降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求，X5045的引腳排列如圖21。 圖 21 X5045的引腳排列看門狗定時器的預(yù)置時間是通過X5045的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)定的。如表22狀態(tài)寄存器所示，X5045狀態(tài)寄存器共有6位有含義。其中WD1 , WDO和看門狗電路有關(guān)，其余位和EEPROM的工作設(shè)置有關(guān)。表22 狀態(tài)寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0XXWD1WD0BL1BL0WELWIPWD1=0，WD0=0。WD1=0，WD0=1。WD1=1，WD0=0。WD1=1，WD0=1，禁止看門狗工作?？撮T狗電路的定時時間長短可由具體應(yīng)用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時最大循環(huán)周期的時間略長即可。本系統(tǒng)中X5045的硬件連接圖如圖22所示。圖22 X5045的硬件連接圖 系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲及故障保護部分由X5045組成，X5045是一種串行通訊的512字節(jié)EEPROM，同時兼有看門狗和電源監(jiān)控功能，X5045有三種可編程看門狗周期，上電和VCC低于檢測門限時，輸出復(fù)位信號，X5045輸出復(fù)位高電平有效，為了復(fù)位更加可靠，其復(fù)位輸出端外接一個10K的上拉電阻，并與AT89S52的復(fù)位端相連?？撮T狗能在電源上電、掉電期間產(chǎn)生一個復(fù)位信號。，出現(xiàn)故障，內(nèi)部定時器將使看門狗WDI處于低電平狀態(tài)，為系統(tǒng)提供保護，避免死機、程序跑飛或進入死循環(huán)等意外的發(fā)生。X5045代表了新一代串行EEPROM的發(fā)展趨勢，它的運用極大的節(jié)省了系統(tǒng)空間和資源，同時簡化了電路設(shè)計，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。除了單片機，晶振回路，復(fù)位電路外，系統(tǒng)工作燈電路和數(shù)據(jù)采集電路共同組成了單片機系統(tǒng)電路，如圖23所示。圖23 單片機系統(tǒng)電路 系統(tǒng)時鐘電路設(shè)計根據(jù)教室燈光使用特性，該系統(tǒng)還應(yīng)受到時間的控制，控制系統(tǒng)的時間應(yīng)符學(xué)校的作息時間。比如晚間休息、假期等時間段應(yīng)該關(guān)掉教室燈光控制系統(tǒng)，以節(jié)約能源，因此本研究還加入硬件時鐘電路以保證系統(tǒng)的智能化運行。傳統(tǒng)的時鐘芯片，如MC14681MC68H68T、LM8365等，這些芯片的引腳太多，體積大，占用的口線多。而現(xiàn)在流行的串行時鐘芯片很多，如DS130DS130DS130PCF8485等，這些電路的接口簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛的使用?？紤]到本系統(tǒng)停電時只需對時鐘電路提供電源、且不需要占用太多單片機資源，本系統(tǒng)采用具有充電能力的低功耗18的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器的實時時鐘芯片DS1302。DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個318的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。DS1302的引腳排列如圖24所示。圖24 DS1302的引腳排列DS13O2與單片機接口電路連接原理圖如圖25，為DS1302的備用電源。Vcc1外接系統(tǒng)供電模塊的輸出穩(wěn)定電壓+5V，為DS13O2的主電源。DS1302由Vcc1和Vcc2兩者中較大者供電。系統(tǒng)正常運行時，Vcc1大于Vcc2，因此由Vcc1給DS13O2供電，在主電源關(guān)閉的情況下，則由Vcc2給DS13O2供電，保持時鐘的連續(xù)運行。Xl和X2是振蕩源。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送，與單片機的復(fù)位信號相連。，進行時鐘控制。數(shù)據(jù)輸入/輸出端I/，進行數(shù)據(jù)傳輸。圖25 DS13O2與單片機接口電路連接原理圖RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc≥，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說明。SCLK始終是輸入端。硬件時鐘芯片DS1302與微處理器進行數(shù)據(jù)交換時，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節(jié)，命令字節(jié)最高位MSB(D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即寫保護；D6=0，指定時鐘數(shù)據(jù)，D6=1，指定助M數(shù)據(jù)；D5D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯0，指定寫操作(輸入)，D0=1，指定讀操作(輸出)。在DS1302的時鐘日歷或RAM進行數(shù)據(jù)傳送時，DS1302必須首先發(fā)送命令字節(jié)。若進行單字節(jié)傳送，8位命令字節(jié)傳送結(jié)束之后，在下2個SCLK周期的上升沿輸入數(shù)據(jù)字節(jié)，或在下8個SCLK周期的下降沿輸出數(shù)據(jù)字節(jié)。DS1302與以RAM相關(guān)的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態(tài)為一個8位的字節(jié)，其命令控制字為C0HFDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的RAM的31個字節(jié)。要特別說明的是備用電源，可以用電池或者超級電容器()。雖然DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長時一間保證時鐘正常，最好選用